基于角加速度的航空遥感平台稳定控制研究

针对航空遥感用三轴惯性稳定平台由于质量不平衡、摩擦等干扰力矩影响,易导致稳定精度下降,难以满足高分辨率载荷成像要求的问题,文章提出一种基于角加速度信息融合估计的航空遥感惯性稳定平台干扰观测器:在控制系统稳定回路中,基于速率陀螺测得框架相对惯性空间的角速度信息,同时采用卡尔曼滤波与跟踪-微分器对框架角加速度信息进行估计,并进行融合获得更为精确的角加速度输出,该角加速度作为干扰观测器的输入以获得补偿电流,通过将补偿电流加到电流环的输入端实现对干扰力矩的补偿。实验结果表明该方法能有效抑制干扰力矩,提高航空遥感惯性稳定平台的稳定精度。     

低空无人飞艇航测相机稳定平台控制方法

针对低空无人飞艇航空遥感系统平台姿态稳定问题，以及现有稳定平台用于无人飞艇航测系统存在的困难，提出了基于轻小型低精度GNSS/IMU系统和PID算法的三轴稳定平台控制方法。该系统结合双GPS轻小型组合GNSS/IMU系统，采用分离相机和GNSS/IMU系统控制方式，采用PID控制方法，利用STM32控制芯片电路实现稳定平台的控制，解决无人飞艇航测系统相机姿态稳定问题。最后通过飞行试验验证了该系统的稳定性。试验结果表明，该方法能够满足相机系统的俯仰和翻滚角度及航偏角度控制的要求，能够有效隔离无人飞艇姿态的不稳定对成像系统的影响，对于提高无人飞艇航测系统成图精度有重要意义。     

函数模型误差弹性自适应滤波修正

多源导航信息融合过程中,观测模型和动力学模型随时间和空间变化复杂,高精度的动态载体导航与定位需要观测模型和动力学模型具有准实时或实时修正的能力。针对包含观测模型误差以及动力学模型误差的滤波系统,提出了一种基于信息滤波的弹性自适应滤波算法。所提算法以不含模型误差的标准信息滤波器为主滤波器,分别构造了观测函数模型及动力学函数模型误差补偿滤波器,对两类模型误差进行补偿。所提方法强调模型补偿项的弹性自适应估计和状态参数的弹性组合,提高了时变模型误差估计的稳定性。半物理仿真实验结果表明,基于函数模型补偿的弹性自适应滤波算法可以有效地估计观测模型和载体动力学模型误差项,水下拖体的三维位置偏差在0.2 m以内,两类模型误差的影响基本消除,明显提高了载体动态参数的估计精度。     

噪声协方差自适应控制下的双天线GNSS/INS初始对准方法

为降低系统模型误差及观测模型误差的影响,结合噪声协方差自适应控制机制,对双天线GNSS/INS初始对准方法进行改进。利用噪声协方差自适应控制下的扩展卡尔曼滤波进行数据处理,包括系统噪声协方差控制及观测噪声协方差控制。试验结果表明,系统噪声协方差自适应控制机制可提高系统稳定性,降低滤波稳态值;观测噪声协方差自适应控制机制可降低观测噪声的影响,提高对准绝对精度。采用后处理的方式,利用基线长度偏差最小的基线结果辅助姿态解算,绝对精度进一步提高,对准绝对精度主要受观测值影响。利用本文方法,横滚角、俯仰角对准绝对精度可达0.02°,航向角对准绝对精度可达0.04°。     

航空矢量重力测量中光纤陀螺随机漂移误差实时补偿方法

光纤陀螺随机漂移误差是影响航空矢量重力测量系统姿态解算精度的关键因素。建立模型并在输出中对其补偿是抑制该项误差的有效方法。针对传统ARMA模型只能对平稳随机漂移误差建模,且模型无法满足实时滤波需求的问题,本文引入适用于非平稳随机漂移误差的ARIMA模型,同时给出详细的建模过程,并提出采用实时平均算法消除原始采样序列中常值分量的思路,实现了随机漂移误差的实时Kalman滤波估计。基于本文所提出的模型和实时滤波算法,对光纤陀螺实测数据进行分析,结果表明处理后信号中随机漂移误差的方差减小了46.5%。Allan方差分析结果表明,滤波后角度随机游走系数和角速率随机游走系数分别降低了约50%和40%。本文的结果说明ARIMA模型能够准确描述陀螺的非平稳随机漂移误差。基于实时平均算法的Kalman滤波可实现随机漂移误差的在线估计,有望提高航空矢量重力测量系统的姿态解算精度。     

非线性自适应抗差滤波定轨算法

讨论了应用卡尔曼滤波进行卫星精密定轨所遇到的一些问题,提出了一种新的非线性自适应抗差滤波定轨算法.该方法首先采用非线性滤波来提高定轨精度,避免了模型线性化误差的影响.另外,采用双因子方差膨胀模型来自适应地调节观测噪声的协方差阵,以控制观测异常对定轨结果的影响;通过自适应因子实时调节状态噪声协方差阵,以降低状态异常对定轨结果的影响.通过CHAMP卫星定轨计算,验证了新方法的可行性和有效性.     

轻小型惯性稳定平台位置环协同通信控制方法

针对轻小型航空遥感系统对姿态大机动的快响应需求,设计了一种轻量型惯性稳定平台位置环协同通信与姿态超限快响应控制策略,将位置环反馈回路设计为两种可切换工作模式。伺服模式下,参考位置姿态系统的输出,通过设计二者协同通信,保证稳定平台对飞行姿态及扰动的实时隔离;编码器实时监测框架间相对角位置,超限位且载荷视轴与垂直方向误差较大时切换模式。超限快速回复模式下,以编码器值为位置环反馈量,使用大增益将平台由超限位置迅速调整到最大限定位置,并实时监测POS值,在载荷视轴位置误差较小时返回伺服模式。实验表明,该方法可靠、有效实现了稳定平台与位置传感器的高精度实时通信与控制。     

动力学模型自适应滤波算法研究

在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）动态测量中,常采用Kalman滤波进行导航解算。但是,载体运动的不规则性经常会导致动力学模型偏差增大,从而出现定位精度下降的问题。针对此,在实时估计协同转弯模型（coordinated turn,CT）转弯率的基础上提出了两种减弱动力学模型偏差影响的自适应滤波算法。一种是实时估计转弯率的CT模型与改进的椭球约束方程相结合的滤波算法;另一种是通过对载体运动规律的分析,推导了实时估计转弯率的三维转弯模型,提出了一种三维转弯模型与新息向量构造的自适应因子相结合的自适应滤波算法。实验结果表明,这两种算法在不同的机动情况下都能较好地控制动力学模型误差的影响,其精度明显优于标准Kalman滤波和CT模型与常速度模型相结合的滤波算法。尤其是第二种算法,不仅通过自适应估计提高了动力学模型的精确性,还通过自适应因子进一步控制了动力学模型扰动的影响,显著提高了动态导航解的精度和可靠性。     

BDS/GPS非差误差改正数的实时动态定位方法

针对我国地区观测数据的实验定位结果精度问题,该文提出BDS/GPS非差误差改正数的实时动态定位方法,研究了BDS/GPS单参考站非差实时动态定位算法模型,流动站使用非差误差改正数,不需要进行双差观测值的组合。参考站将非差误差改正数传递给流动站,对流动站的观测值进行误差改正,可以直接固定流动站的模糊度。实验表明:在我国南方地区BDS精度要优于GPS,而在北方地区,BDS/GPS定位精度和GPS定位精度明显优于BDS。并且与单系统相比,组合系统的可视卫星数明显增加,改善了卫星空间几何分布结构,从而提高了导航定位的可用性和精度。     

基于球冠谐分析的区域精密对流层建模

对流层延迟是影响GPS定位精度的主要误差来源。随着精度要求的提高,经验模型已经不能满足精密定位的需要,而世界许多地区建立的连续运行参考站系统为建立区域对流层模型提供了一个很好的契机。本文分析了常用的对流层区域实时模型方法的不足,提出了基于球冠谐 (SCHA, Spherical Cap Harmonic Analysis)的区域精密对流层模型。与常用的四参数模型进行对比分析发现,SCHA模型在内符合精度上有显著提高（RMS值在5mm内）,在外符合精度上比传统模型拟合效果提高了50%左右（RMS值在1cm内）。SCHA模型能更好的描述对流层的空间变化,适用于大区域对流层延迟实时建模。     

基于多样性特征协同技术的飓风前后森林破坏遥感监测

对被飓风破坏的森林进行变化监测与灾害评估是遥感技术的一个重要应用,遥感影像的特征信息提取对森林遥感监测的效果至关重要。多样性特征结合可以有效提高对森林变化的监测精度。然而,当前的空间信息如纹理特征的获取算法依旧保留着传统的固定式计算模式,一直面临着特征数量和邻域参考范围之间难以均衡的问题。为了解决以上问题,本文提出了基于多样性特征协同技术的飓风前后森林破坏遥感监测方法,首先计算出森林遥感影像变化前后的归一化植被指数差值和增强植被指数差值,并提出了基于复合窗口技术的来提取纹理特征,然后建立了多样性特性结合模型;其次提出了一种基于特征分离的旋转森林改进算法,最终,实现了内泽尔森林在暴风前后的高精度变化监测;另外,还测试了新模型在不同训练样本数量下的分类性能。实验结果表明,相对传统的基于光谱特征和单纯的纹理特征的变化监测方法,本文所提出的方法的整体精度、对变化区域和未变化区域的检测精度至多分别提高了3.68%、6.53%和3.46%。本文的研究方法可以有效提高森林变化监测的性能,为森林灾害评估与森林资源保护提供参考依据。     

基于有理多项式模型的GF4卫星区域影像平差处理方法及精度验证

分析了我国首颗静止轨道光学遥感卫星高分四号(GF4)特有的区域成像模式的几何特性,基于静止轨道成像基高比较小的几何特性提出一种利用平均高程面的区域网平差方法。该方法针对GF4卫星影像构建了基于有理多项式模型RFM的区域网平差模型,并在无控制条件下,对GF4卫星区域影像进行区域网平差处理,解决了GF4号区域影像由于定轨误差、定姿误差、大气折光以及镜头畸变等因素导致的拼接精度较低的问题。最后,通过两组真实数据试验对本文方法的精度及有效性进行了验证,同时分析了采用不同的误差补偿模型对于平差结果精度的影响。     

光学遥感成像半实物仿真中坐标系统转换

构建了一种以六自由度机器人为运动平台的光学遥感成像半实物仿真系统,利用共线条件方程的齐次坐标变换形式建立了仿真系统的成像模型,并对坐标系统转换问题进行了研究。提出一种利用全站仪确定沙盘坐标系与机器人基坐标系相互转换的"两步法";通过控制机器人旋转和平移运动,提出了一种单特征靶标测量模型,实现了摄像机坐标系与机器人工具坐标系的相互转换。最后通过空间前方交会计算多个靶标的物方坐标值,与物方真值进行比较,从而对系统精度进行评价。实验结果表明,立体定位误差优于0.5 mm,验证了提出的坐标转换方法的可行性与有效性,可为遥感成像仿真系统的设计与研究提供严密的空间基准和转换模型。     

结合L0平滑和超像素的高空间遥感影像非监督分类

针对基于像元的非监督分类方法对高空间遥感影像分类时易形成“椒盐”噪声和产生大量错分、漏分的问题,提出了一种结合L0平滑和超像素的非监督分类方法．首先采用L0算法对高空间遥感影像进行平滑操作,减少大量图像噪声及冗余信息;然后采用简单的线性迭代聚类（SLIC）超像素方法处理平滑后图像,进一步抑制椒盐现象的同时降低处理复杂度,得到初始聚类图;最后采用K-means非监督分类方法得到最终分类结果图．为验证本文提出的方法,选取3景高空间遥感影像作为实验数据．试验结果表明,采用提出的方法能准确对地物分类,且总体精度分别达到了72.46％、77.55％和78.44％,Kappa系数分别达到0.788、0.779和0.779．提出方法能有效解决分类中存在的“椒盐”现象,可提高分类精度,对高空间遥感影像分类具有一定的参考价值．      

基于多特征U-Net网络的工程活动图斑快速识别

为有效监测具有填挖、采剥等行为的工程活动情况,本文提出了一种用于像素级露天工程活动图斑提取的遥感多特征语义分割模型。该模型以高分二号(GF-2)光学遥感影像为数据源,采用U-Net深度神经网络架构,通过人工标注构建了反映露天工程活动的影像样本集,并提取样本的多维特征投入模型进行训练,从而实现了工程活动图斑的快速识别。试验结果显示,本文方法对露天工程活动图斑的总体识别精度可达87.36%,平均精度达86.78%,优于KNN、SVM两种传统分割方法,为工程活动自动化监管提供了技术参考。     

遥感图像质量等级分类的深度卷积神经网络方法

遥感图像应用发展对图像质量的要求越来越高,不同质量的遥感图像往往需要不同的处理方法和参数。通过遥感图像质量等级分类研究,不仅能够为遥感图像的处理提供先验信息,还能够对遥感图像的客观质量评价和传感器的成像效果进行评估。为了克服现有的遥感图像质量等级分类方法计算参数获取困难、等级数量少的缺点,利用深度学习方法的分类机能,通过改进特征提取网络和等级分类设计,建立了一种基于深度卷积神经网络的遥感图像质量等级分类模型。通过质量等级分类预处理后,利用经典的深度学习方法进行目标检测实验。结果表明,所提方法在西北工业大学遥感图像数据集上质量等级分类的准确率、召回率、精确率和F1最高能达到0.976、0.972、0.974和0.973, 优于传统算法。利用卷积神经网络实现遥感图像质量等级分类,既拓展了深度学习的应用领域,又为遥感图像质量评估提供了一个新方法。     

观测数据采样化的遥感影像非监督分割

为了实现影像的自动化分割,提出一种利用非监督方式将观测数据采样化的遥感影像分割方法。该方法利用欧氏空间的概率分布建模采样数据和观测数据,并将其映射到黎曼空间,通过不断将观测数据转换为采样数据的方式实现影像的自动采样化。每次采样过程只需计算观测数据点到采样点的测地线距离,将距采样点测地线距离最小的观测数据转化为采样数据,以保证采样数据不断趋于该类数据的真实分割结果,同时使算法能够有效分割具有不同像素数的类别。将算法应用于模拟影像和真实遥感影像分割,对其分割结果以及传统基于统计、基于模糊的非监督算法和基于神经网络的监督算法相应分割结果定性定量的对比分析验证了该算法的有效性及可行性。     

一种遥感影像混合噪声的去噪方法

为了减弱遥感影像噪声的影响，提高影像使用价值，提出了一种新的针对遥感影像混合噪声去噪的组合滤波，即基于三维块匹配和自适应中值滤波的去噪方法；此外使用rbio3小波和db20小波替换传统三维块匹配参数，进行两个仿真试验和一个真实遥感图像去噪试验。结果表明：本文方法在去除遥感影像常见的脉冲与高斯噪声方面，效果优于传统滤波方法。     

总体最小二乘平差下的基准影像辅助国产卫星影像定位

针对国产卫星影像可能缺少实测控制数据的情况，本文提出利用基准影像辅助几何定位的方法，以提高定位精度。同时，考虑到像点坐标观测方程的系数矩阵中存在随机误差的情况，本文在进行区域网平差时采用总体最小二乘法替代传统最小二乘法，使得定位结果更加合理。通过对"资源三号"和"天绘一号"影像在国内外的试验验证了该方法的可行性与有效性。